一文了解數(shù)字孿生變電站是怎么回事

孿生，即雙胞胎；數(shù)字孿生，顧名思義，就是數(shù)字形式的雙胞胎。

在“數(shù)字孿生”中，雙胞胎中的一個是存在于現(xiàn)實世界的實體，小到零件，大到工廠，簡單如螺絲，復(fù)雜如人體的結(jié)構(gòu)。

而雙胞胎中的另一個則只存在虛擬和數(shù)字世界之中，是利用數(shù)字技術(shù)營造的與現(xiàn)實世界對稱的鏡像。

如果以家用電腦為例，Word文檔和打印出來的文稿就是“數(shù)字孿生”。若以導(dǎo)航軟件為例，城市中的實體道路和軟件中的虛擬道路也是“數(shù)字孿生”。

此外，這個數(shù)字孿生體，不僅是對現(xiàn)實實體的虛擬再現(xiàn)，還可以模擬對象在現(xiàn)實環(huán)境中的行為。因此可以說，數(shù)字孿生是將物理對象以數(shù)字化方式在虛擬空間呈現(xiàn)，模擬其在現(xiàn)實環(huán)境中的行為特征。

首先，數(shù)字孿生可以通過設(shè)計工具、仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等各種數(shù)字化的手段，將物理設(shè)備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成可拆解、可復(fù)制、可轉(zhuǎn)移、可修改、可刪除、可重復(fù)操作的數(shù)字鏡像。

這極大的加速了操作人員對物理實體的了解，激發(fā)模擬仿真、批量復(fù)制、虛擬裝配等設(shè)計活動。

過去，在沒有數(shù)字化模型幫助之下，制造一件產(chǎn)品要經(jīng)歷很多次迭代設(shè)計。

現(xiàn)在，采用了數(shù)字化模型的設(shè)計技術(shù)，就可以在虛擬的三維數(shù)字空間輕松地修改部件和產(chǎn)品的每一處尺寸和裝配關(guān)系，這使得幾何結(jié)構(gòu)的驗證工作和裝配可行性的驗證工作大為簡單，大幅度減少了迭代過程中物理樣機的制造次數(shù)、時間，以及成本。

此外，數(shù)字孿生還可以通過采集有限的物理傳感器指標的直接數(shù)據(jù)，借助大樣本庫，通過機器學(xué)習推測出一些原本無法直接測量的指標。

由此實現(xiàn)對當前狀態(tài)的評估、對過去發(fā)生問題的診斷，以及對未來趨勢的預(yù)測，并給予分析的結(jié)果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。

例如，針對大型設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的各種故障特征，可以將傳感器的歷史數(shù)據(jù)通過機器學(xué)習訓(xùn)練出針對不同故障現(xiàn)象的數(shù)字化特征模型，并結(jié)合專家處理的記錄，將其形成未來對設(shè)備故障狀態(tài)進行精準判決的依據(jù)，最終形成自治化的智能診斷和判決。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的工業(yè)產(chǎn)品、設(shè)備具備了智能的特征。在這樣的背景下，數(shù)字孿生技術(shù)正直接影響著智慧城市、人工智能、安防、物聯(lián)網(wǎng)等未來發(fā)展。

數(shù)字孿生這一概念最早出現(xiàn)于2002年，由Grieves教授在美國密歇根大學(xué)發(fā)表的一次關(guān)于產(chǎn)品生命周期管理的演講中首次提出。

他認為，通過利用物理設(shè)備的數(shù)據(jù)，人們可以在虛擬（信息）空間構(gòu)建一個可以表征該物理設(shè)備的虛擬主體和子系統(tǒng)，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。

后來，美國國防部將數(shù)字孿生技術(shù)引入航天飛行器的健康維護中，并在美國國家航空航天局（NASA）的阿波羅計劃中應(yīng)用。

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們多年來在數(shù)字世界里做設(shè)計和仿真，虛擬和現(xiàn)實越來越對應(yīng)、融合，數(shù)字虛體越來越賦能物理實體系統(tǒng)。

而數(shù)字孿生技術(shù)就是以數(shù)字化方式為物理對象創(chuàng)建的虛擬模型，來模擬物理實體在現(xiàn)實環(huán)境中的行為。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)延伸了數(shù)字孿生的價值鏈條和生命周期，凸顯出數(shù)字孿生在模型、數(shù)據(jù)、服務(wù)方面的優(yōu)勢和能力，打通了數(shù)字孿生應(yīng)用和迭代優(yōu)化的現(xiàn)實路徑，正成為數(shù)字孿生的孵化床。

充分運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等先進技術(shù)，打造數(shù)字孿生模型，可以為智慧城市、智慧制造、智能變電站等提供新的建設(shè)思路和方法。

在國內(nèi)，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用正處于起步階段，但已在能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到應(yīng)用。

我國一些能源企業(yè)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中設(shè)計了完全沉浸式的數(shù)字孿生模型，從而實現(xiàn)工程設(shè)計可視化，并可以確定潛在的障礙和問題，提升工作效率。

在電力行業(yè)中，數(shù)字孿生技術(shù)也在變電、配電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用。

在第六屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，新投運的烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽會新展館10千伏配電房運用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建了與真實場景無縫匹配的虛擬場景。

坐落于中新天津生態(tài)城旅游區(qū)的110千伏游樂港智能變電站全息模型于2019年6月建設(shè)完成，為數(shù)字孿生變電站建設(shè)打下基礎(chǔ)。

數(shù)字孿生變電站建設(shè)完成后，運維人員將通過“孿生”變電站輕松獲取并分析處理各類運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電站的全域和全生命周期管理。

電力物聯(lián)網(wǎng)是電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的實時交互及高效協(xié)同。

而數(shù)字孿生在數(shù)字空間構(gòu)建了一套表征對象在設(shè)計、研發(fā)、運行、迭代過程中的虛擬體，猶如物聯(lián)網(wǎng)中各種實體對象的“基因”，是實現(xiàn)人機協(xié)同的重要橋梁與技術(shù)，可以說是電力物聯(lián)網(wǎng)和電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的底層邏輯。

同時，數(shù)字孿生技術(shù)也將對電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行邏輯、交易方式、商業(yè)模式、技術(shù)體系與管理機制帶來重要影響。

以數(shù)字孿生電力機房應(yīng)用為例，當前，巡檢以人工巡檢為主，實時性差，效率較低。

在數(shù)字孿生技術(shù)的支撐下，把人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和三維可視化等技術(shù)應(yīng)用到機房的環(huán)境監(jiān)測和調(diào)控中，構(gòu)建起機房生產(chǎn)運行虛擬環(huán)境，可以實時監(jiān)控機房溫度等環(huán)境因素。

一旦發(fā)生預(yù)警，系統(tǒng)將及時自動調(diào)節(jié)，當故障恢復(fù)后，機房服務(wù)器設(shè)備及環(huán)境控制設(shè)備自動啟動，并將環(huán)境因素調(diào)節(jié)至理想狀態(tài)，保障電力機房安全穩(wěn)定運行。

目前，國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司正依托人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等方面的技術(shù)優(yōu)勢，形成多個數(shù)字孿生科研項目儲備。

其中，“基于數(shù)字孿生模型的機房運行環(huán)境監(jiān)測及一站式調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目即將實現(xiàn)試點應(yīng)用。

未來，國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)分布廣泛、數(shù)量眾多的電力機房和變電站都將成為數(shù)字孿生節(jié)點部署的最佳選擇。